Generowanie nadwyżki mocy w oczyszczalni ścieków

środa, 17 grudnia 2014

Od 2010 roku oczyszczalnia ścieków Marselisborg nie skupia się na minimalizowaniu zużytej energii, lecz na maksymalizacji jej nadwyżki. Obecnie zakład produkuje nadwyżkę netto zarówno energii elektrycznej, jak i cieplnej, dostarczając ją do miejskiego systemu ogrzewania w drugim pod względem wielkości mieście w Danii, Aarhus. Ślad węglowy został zmniejszony o 35%.

Zakłady oczyszczania ścieków i uzdatniania wody są z reguły największym, pojedynczym konsumentem energii elektrycznej w przypadku miast. Procesy oczyszczania ścieków i uzdatniania wody odpowiadają zazwyczaj za zużycie energii elektrycznej na potrzeby miasta na poziomie 25–40%. Wysokie zużycie energii jest związane z energochłonnymi procesami oraz cyklem pracy ciągłej — przez całą dobę, 365 dni w roku.

W ciągu ostatnich lat skupiono się na opracowywaniu nowych procesów oraz strategii kontroli w celu zmniejszenia zużycia energii w przeliczeniu na litr wody poddanej obróbce. Jednakże jednoczesne zwiększenie wymagań związanych z jakością oczyszczania ścieków i uzdatniania wody, na przykład usuwanie składników odżywczych, wpłynęło na zwiększenie zużycia energii netto.

Optymalizacja bilansu energetycznego 
Procesy oczyszczania ścieków i uzdatniania wody charakteryzują się dużą zmiennością obciążenia podczas cyklu dobowego oraz sezonowo w ciągu roku. Z tego powodu zapotrzebowanie na przetwornice częstotliwości kontrolujące dmuchawy, pompy i inne urządzenia z napędem stopniowo się zwiększyło w celu spełnienia oczekiwań.

Od 2010 roku przedsiębiorstwo Aarhus Water intensywnie współpracuje z konsultantami ds. środowiska wodnego, aby poprawić bilans energetyczny oczyszczalni ścieków Marselisborg.

Kluczowe elementy strategii:

  • Optymalizacja procesu usuwania azotu za pomocą sterowania online opartego na czujnikach. Przetwornica częstotliwości dostosowuje poziom napowietrzenia do zapotrzebowania. Taki system kontrolny zmniejsza poziom zużycia energii oraz zwiększa ilość węgla w systemie.
  • Wymiana tradycyjnych dmuchaw na urządzenia wysokoprędkościowe. Dzięki tej zmianie możliwa jest dalsza redukcja poziomu zużycia energii w procesie napowietrzania.
  • Kontrola wieku osadów aerobowych jako funkcja temperatury i obciążenia w zakładzie. W tym wypadku przetwornica częstotliwości kontroluje pompy osadów powrotnych, co jest kluczowym elementem redukcji energii i zwiększenia pozyskanego węgla w systemie.
  • Modernizacja procesu skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej z efektywnością energetyczną wynoszącą 90%.

Te zmiany wraz z ulepszeniami obejmującymi efektywną produkcję energii elektrycznej oraz cieplnej w oparciu o metan wydobyty w ramach procesu fermentacji osadów aerobowych wpłynęły na imponujące wyniki:

  • produkcja energii elektrycznej na poziomie 130% (30% nadwyżki energii elektrycznej);
  • nadwyżka produkcji energii cieplnej wynosząca około 2,5 GWh/rok.

VLT® w każdym kącie

Przetwornice częstotliwości są montowane na prawie każdym urządzeniu obrotowym wyposażonym w silnik AC w oczyszczalni ścieków Marselisborg: dmuchawach, pompach, mieszalnikach i pompach odprowadzających wodę. Przetwornice częstotliwości umożliwiają zakładowi dostosowywanie się do zmian obciążenia z maksymalną elastycznością. Ponad 100 silników jest kontrolowanych przez przetwornice częstotliwości VLT® w Marselisborg.

Wizja wytwarzania energii

Celem miasta Aarhus jest dalsze zwiększenie ilości wytwarzanej energii oraz wytwarzanie tak dużej nadwyżki energii z oczyszczania ścieków i uzdatniania wody, aby spełniła wymagania energetyczne związane z dostawą wody pitnej w mieście. Dzięki temu największy konsument energii stanie się miastem samowystarczalnym energetycznie.